JPH11194170A - 放射性物質検査装置及び放射性廃棄物検査システム - Google Patents

放射性物質検査装置及び放射性廃棄物検査システム

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JPH11194170A
JPH11194170A JP92898A JP92898A JPH11194170A JP H11194170 A JPH11194170 A JP H11194170A JP 92898 A JP92898 A JP 92898A JP 92898 A JP92898 A JP 92898A JP H11194170 A JPH11194170 A JP H11194170A
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detectors
detector
signal
radioactive
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JP92898A
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Yasushi Miyai
裕史 宮井
Hiroshi Kitaguchi
博司 北口
Shigeru Izumi
滋 出海
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間の内にカスケードγ線を発生する対象
核種を他のγ線核種の存在の中から効率よく定量する。 【解決手段】 2個以上の放射線検出器1と、前記放射
線検出器1からの信号を処理するイベント前処理手段3
とイベント後処理手段4から成る信号処理装置から成る
放射性物質検査装置である。イベント前処理手段3は前
記放射線検出器1からの信号を同時判定し、複数の検出
器の信号から同時と判定した検出器だけの信号を選択し
たものを出力する。イベント後処理手段4は、イベント
前処理手段からの信号より対象核種の定量を行ない、例
えば二次元分析の手段で核種分離を行なう。これによれ
ば、複数の検出器からの信号を同時判定することによ
り、妨害核種が存在しても、短時間の内にカスケードγ
線を発生する放射性物質の定量を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射性物質検査装
置に係り、特に妨害核種からの影響を除いて、短時間の
内にカスケードγ線を発生する対象核種を選択的に計量
する放射性物質検査装置及び放射性廃棄物検査システム
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】原子力施設から出る低レベルの放射性廃
棄物は、例えば使用済みのペーパータオル、作業着や手
袋などがある。これらのうち固体で燃えるものは灰に
し、燃えないものは圧縮して容積を小さくするととも
に、セメントやプラスチックなどで固めて安定化したも
のをドラム缶などの専用の容器に密閉する。これらのド
ラム缶は、原子力施設内の貯蔵庫で一時保管した後、そ
の多くは最終処分施設において埋設保管する。
【0003】低レベル放射性廃棄物のほとんどは、一時
保管中に放射能が天然にある放射能と区別できない程に
減衰するものもある。また、埋設保管は施設の受入容量
に限りがあるため、真に埋設保管が必要かどうかを確認
する必要がある。放射能の計測は、ドラム缶の外部から
計測するため、主としてα線やβ線のみを放出する核種
については、γ線を放出するCo−60やCs−137
などとの相関関係から統計的に求めたスケーリングファ
クターを用いてγ線の計数値から推定する。
【0004】したがって、従来の放射性廃棄物の処理シ
ステムでは、γ線核種を正確に定量するために、Ge半
導体検出器などのエネルギー分解能の高い検出器を使用
していた。γ線核種の存在量は、測定スペクトルから該
当する核種の全吸収ピークの計数、検出器の効率、測定
物の密度等に由来する係数などから求める。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ge半
導体検出器を使用する方法では、検出器の感度が低いた
めに測定時間が長くなる。また、Ge半導体検出器は高
価であるため、安易に感度を向上するために検出器の台
数を増やすことができない。
【0006】また、感度が高く、安価なシンチレーショ
ン検出器を使用する場合(例えば、特開平3−1258
0号公報、特開昭60−200189号公報など)、エ
ネルギー分解能が低いために、γ線核種の存在量の和を
求めることはできても、対象核種の正確な定量は困難で
ある。
【0007】しかしながら、安価なシンチレーション検
出器を用いたシステムで、Co−60とCs−137の
存在量の和と、Co−60またはCs−137のうちど
ちらか一方の存在量が求まれば、上記の感度の問題とそ
れぞれの核種の定量の問題を解決できる。
【0008】本発明の目的は、上記の問題に鑑みて、ま
ず、Co−60を他のγ線核種の存在の中から効率よく
定量することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、2個以上
の放射線検出器からの信号を同時判定し、同時と判定し
た検出器の信号について信号処理する信号処理手段を設
けたことによって達成される。
【0010】本発明で同時判定とは100〜10マイク
ロ秒程度以内の極短時間内の判定をいう。これは、Co
−60が短時間の内にカスケードγ線を発生することに
着目して成されたものである。カスケードγ線は、放射
性核種が核変換を起こしたとき、核変換後に核の励起状
態から定常状態に落ち着く過程で幾つかの励起状態を段
階的に遷移する際に発生するγ線である。多くの核種で
カスケードγ線の発生を観測できるが、例えば、1マイ
クロ秒以下の短時間の内に複数のカスケードγ線を発生
する核種は、Co−60など一部の核種である。
【0011】ここで、同時判定により選択的にCo−6
0を検出する原理を図2を用いて説明する。短時間の内
にカスケードγ線を発生する核種とそうでない核種とし
て、Co−60とCs−137で示す。図では、検出器
1と検出器2のそれそれから信号が発生する場合、つま
り、上記の同時と判定する場合を示している。ここで、
廃棄物ドラム缶から発生するγ線に対する検出器1およ
び2の検出効率ε1を、例えば、0.1(簡単のため
に、Co−60のγ線とCs−137のγ線ともに同じ
とする)とする。Cs−137のγ線が検出器1でコン
プトン散乱反応を起こし、そこから発生した散乱γ線に
対する検出器2の検出効率ε2を、例えば、0.01と
する。前記の値より、例えば、Cs−137でこの現象
が起きる確率η1は、ε1×ε2から求まり、1000
分の1である。また、Co−60でこの現象が起きる確
率η2は、ε1×ε1から求まり、100分の1であ
る。この様な条件であれば、同時判定をすることによ
り、10対1の割合でCo−60のγ線を選択的に検出
できる。
【0012】また上記の目的は、2個以上の放射線検出
器の間に遮蔽を挿入して成り、該遮蔽した放射線検出器
からの信号を同時判定し、同時と判定した検出器の信号
について信号処理する信号処理手段を設けたことにより
達成される。
【0013】ここで、放射線検出器の間に遮蔽を挿入す
ることによって、上記のCs−137のγ線が検出器1
でコンプトン散乱反応を起こし、そこから発生した散乱
γ線に対する検出器2の検出効率ε2をさらに下げるこ
とができ、Co−60のγ線に対する選択割合が増し、
定量精度をさらに向上できる。例えば、ε2を0.00
1とすると、η1は10000分の1になり、100対
1の割合でCo−60のγ線を選択的に検出できる。
【0014】更に、上記の目的は、前記信号処理手段と
して、前記同時と判定した検出器の信号について2次元
座標に表示させる手段によって達成される。
【0015】また、上記の目的は、前記信号処理手段と
して、例えば前記放射線検出器の信号の加算信号を波高
弁別器により波高弁別し、波高弁別器の信号を計数し、
この計数値と予め求めておいた係数から対象核種の存在
量を求める手段によって達成される。
【0016】また、例えば、同時と判定した検出器の信
号について2次元座標に対応させるとともに、予め設定
した原点及び座標軸上を含まない多角形の領域の内部に
入る数を計数し、この計数値と予め求めておいた係数か
ら対象核種の存在量を求める手段によって達成される。
【0017】ここでは、例えば、対象核種としてCo−
60、妨害核種としてCs−137とする。また、図2
で示した通り同時と判定した場合であり、Cs−137
については、検出器1でコンプトン散乱した散乱γ線を
検出器2で検出し、Co−60については、カスケード
γ線を検出器1と検出器2で検出する。図3は、検出器
1と検出器2の波高値を二次元座標でプロットした場合
の分布の範囲(境界)を示している。それぞれの座標軸
は、検出器の出力をエネルギーに換算している。Cs−
137の場合は、検出器1と検出器2に入射したγ線は
元々1個のγ線であるため、検出器1と検出器2の出力
の合計は、元のγ線のエネルギーを絶対に越えることが
ないので2点鎖線で示してある三角形の内部に分布す
る。また、Co−60の場合は、検出器1と検出器2に
入射するγ線はそれぞれ別のγ線(ただし、カスケード
γ線)であるため、それぞれの辺が1.17MeVと
1.33MeVのエネルギーに対応する1点鎖線で示し
てある長方形の内部に分布する。
【0018】したがって、Cs−137のイベントを表
す三角形の部分を除いて(実用上は、ノイズ等の影響が
あるため、座標軸近傍も除く)領域を設定し、設定した
領域内のイベントを計数するとCs−137の影響を全
く受けずにCo−60のみのイベントを計数できる。
【0019】以上が本発明の原理である。
【0020】上記の手段によると、放射線検出器の数に
上限がないため、個数を増すことにより、容易に感度を
向上できる。また、シンチレーション検出器を利用する
ことによりGe半導体検出器を利用するのと比較して安
価にできる。さらに、複数の放射線検出器からの信号を
同時判定し、同時と判定した検出器の信号について信号
処理するので、特に、短時間の内にカスケードγ線を発
生する対象核種に対する感度を落とさずに、それ以外の
妨害核種に対する感度を下げて、対象核種を選択的に定
量できる。
【0021】また放射線検出器の間に遮蔽を挿入するこ
とによって、1個目の検出器から2個目の検出器へのコ
ンプトン散乱線の入射を防止することができ、妨害核種
によるノイズを低減し定量精度を向上できる。
【0022】また信号処理の方法として、例えば、放射
線検出器の信号を加算し、加算信号を波高弁別器により
波高弁別し、波高弁別器からの信号を計数し、この計数
値と予め求めておいた係数から対象核種の存在量を求め
ることにより、計数値の四則演算のみで容易に定量でき
る。
【0023】また妨害核種のγ線のエネルギーが高い場
合は、上記の波高弁別器では分離が困難になるが、同時
と判定した検出器の信号について2次元座標に対応させ
るとともに、予め設定した原点および座標軸上を含まな
い多角形の領域の内部に入る数を計数し、この計数値と
予め求めておいた係数から対象核種の存在量を求めるこ
とにより、妨害核種のγ線のエネルギーが高い場合でも
対象核種の定量が可能になる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。
【0025】図1は、本発明の一実施形態である放射性
物質検査装置の構成図を示す。本発明の放射性物質検査
装置は、複数の検出器1と、イベント前処理手段3とイ
ベント後処理手段4から成る信号処理手段から成る。イ
ベント前処理手段3は、それぞれの検出器からの信号を
同時判定するとともに、核種分離に必要な情報、例え
ば、複数の検出器の信号から同時と判定した検出器だけ
の信号を選択したものを出力する。また、イベント後処
理手段4は、対象核種の表示と定量を行い、例えば、二
次元分析の手法を用いて核種分離を行う。検出器間の遮
蔽2は、散乱線によるノイズの低減に効果がある。
【0026】本発明の検出器1は、Ge半導体検出器な
どの半導体式検出器でも構成することは可能であるが、
シンチレーション検出器などの利用が望ましい。シンチ
レーション検出器としては、NaI(Tl)、BGO
(Bi4Ge3O12)、ZWO(ZnWO4)、CWO
(CdWO4)などの単結晶のシンチレータやプラスチ
ックシンチレータ又は液体シンチレータを密封したもの
などが利用でき、特に限定しない。シンチレータの光を
電気信号に変換するものには、光電子増倍管やフォトダ
イオードなどの利用が可能であり、これも特に限定しな
い。
【0027】本発明の説明では、対象核種としてCo−
60について主に述べたが、短時間(実用的には1マイ
クロ秒程度)の内にカスケードγ線を発生する核種は、
Co−60以外には、例えば、Al−26、K−42、
Ti−51、V−48、Mn−52、Co−56、Co
−58、Y−88、Nb−94、Ag−110、In−
116、Sb−124、Te−132、Cs−134、
Tl−208などもある。
【0028】また、本発明による核種弁別に好適な対象
核種と妨害核種の組み合わせは、数多くあり、その一例
をあげると、Co−60に対してCs−137、K−4
0など、Tl−208に対してCs−137、K−40
などもある。本発明は、その組み合わせを限定するもの
でなく、次のような組み合わせに好適である。
【0029】対象核種は、短時間の内にカスケードγ線
を発生する核種とする。対象核種が発生するγ線の中か
らエネルギーが高いものから2個を選び、そのγ線のエ
ネルギーをE1とE2とする。ここで、E1とE2の和
から求まる値をE3とする。妨害核種が発生するγ線の
中からエネルギーが高いものから2個を選び、そのγ線
のエネルギーをE4とE5とする(2個目がない場合
は、E5をE4と等しくする)。ここで、E4とE5の
和から求まる値をE6とする。このとき、妨害核種も短
時間の内にカスケードγ線を発生する核種であってもよ
い。つまり、原理的には、E6がE3以内となれば、二
次元分析等の処理をすることにより、対象核種と区別が
可能である。ただし、実用的には、検出器のエネルギー
分解能を考慮する必要があり、例えば、E3に0.9を
掛けた値を基準にするなどである。また、妨害核種とな
りそうな核種についてE6がE3を越えるとしても、そ
の発生割合が対象核種のγ線の強度に比較して十分弱け
れば、対象核種の定量精度が低下することを承知すれ
ば、そのような組み合わせも可能である。
【0030】図4は、本発明の一実施形態である放射性
廃棄物検査システムの構成図である。搬送手段5により
連続的に運ばれてくる検査ラインへの組み込みも容易で
ある。例えば、複数の検出器1で構成する検出器ブロッ
ク8を搬送されてくる廃棄物ドラム缶9の左右や上部に
配置することにより、連続的に検査を実施することがで
きる。検出器1間に遮蔽2を設ける場合には、検出器1
は概ね同一平面に配置することが望ましい。また、イベ
ント前処理手段3は、それぞれのブロック8毎に設け
る。イベント前処理手段3からの出力は、図示しないイ
ベント後処理手段に接続する。
【0031】図5は、本発明の一実施形態である放射性
廃棄物検査システムの他の構成図である。廃棄物ドラム
缶9を囲むように配置した検出器1から成る検出器ブロ
ックは、昇降手段7により駆動される。測定開始前は、
検出器ブロックは上方へ移動しており、搬送手段5によ
り送られてくるドラム缶9が測定位置に来ると、検出器
ブロックを降ろして測定する。遮蔽6は、測定中に他の
ドラム缶からの影響を除くために設けることが望まし
い。この検出器1の配置は、検出器1間の遮蔽を考慮し
ていないために、散乱線によるノイズが発生するので、
図示しない二次元分析などを行うイベント後処理手段と
組み合わせると対象核種の定量精度が向上する。勿論検
出器間に遮蔽を設けることができる。
【0032】図6は、本発明の一実施形態である放射性
物質検査装置の他の構成図である。複数の検出器1と、
イベント前処理手段3とイベント後処理手段4から成る
信号処理手段から成る。イベント前処理手段3は、それ
ぞれの検出器1からの信号を同時判定するとともに、核
種分離に必要な情報、例えば、複数の検出器の信号から
同時と判定した検出器だけの信号を選択したものを出力
する。イベント後処理手段4は、例えば、二次元分析の
手法を用いて核種分離及び表示を行う。また、イベント
後処理手段4は、計算機などの利用が可能であり、図示
しない、他の手段で求めた検出効率などの係数と組み合
わせた計算により対象核種の定量を行うことも可能であ
る。イベント後処理手段4に、図示しない記録手段や記
憶手段や通信手段を利用することで、測定結果の有効利
用が図られる。
【0033】図7は、本発明の一実施形態である放射性
物質検査装置の他の構成図である。この構成は、検出器
間に遮蔽2を有する複数の検出器1と、イベント前処理
手段3とイベント後処理手段から成る信号処理手段から
成る。イベント前処理手段3は、それぞれの検出器1か
らの信号を同時判定し、同時判定した信号を出力すると
ともに、複数の検出器1の信号を加算したものを出力す
る。加算出力は、波高弁別手段41により2値化し、計
数手段42で計数する。このとき、計数手段42に同時
判定出力をゲート信号として利用すると、測定系のノイ
ズによる誤計数の低減に効果がある。計数結果は、表示
手段43により単に表示したり、表示手段43を高度化
し、計算機を導入することで、図示しない記録手段や記
憶手段や通信手段を利用することで、計数情報の有効利
用が図られる。
【0034】図8は、本発明の一実施形態である放射性
物質検査装置の測定部の一部を示す回路構成図である。
ここに示す回路は、前記の検出器とイベント前処理手段
の具体的な構成の例を示すものであり、検出器11と増
幅手段12と信号入力検知手段13と信号遅延手段14
とスイッチ15とスイッチ制御手段16などから構成す
る。スイッチ制御手段16は、複数の検出器11からの
信号を同時判定するとともに、複数の検出器11の信号
から同時と判定した検出器11だけの信号を選択したも
のを出力するためにスイッチ15を制御する。スイッチ
制御手段16への入力は、信号入力検知手段13からの
信号の発生時刻を保持したデジタル信号とすることで、
同時判定を可能とするとともに内部をデジタル的に構成
できる。信号入力検知手段13は、検出器11からの信
号の有無を判定する波高弁別機能を有するとともに発生
のタイミングに対応した信号、例えば、パルス信号を発
生する。信号遅延手段14は、スイッチ制御手段16に
よってスイッチ15が確実に動作するのを待ってスイッ
チ15に検出器11からの信号が到達するように遅延さ
せるために取り付ける。
【0035】図9は、前記のスイッチ制御手段16の内
部の具体的な構成の例を示すものであり、同時判定側論
理積手段161と同時判定側論理和手段162とパルス
発生手段163とスイッチ制御信号発生手段164とス
イッチ制御側論理和手段165などから構成する。ま
た、図10は、この回路構成での信号処理のタイミング
を示しており、参照しながら説明する。
【0036】同時判定側論理積手段161は、それぞれ
特定の検出器の組み合わせに対応しており、例えば、#
1は、検出器番号1と2から信号が発生した場合(図1
0のIN1とIN2に対応)に論理積が成立し、論理積
結果(図10のAND_1_2に対応)を出す。この信
号は、スイッチ制御信号発生手段164の#1をセット
する入力信号になるとともに、同時判定側論理和手段1
65の入力信号になる。同時判定側論理和手段162
は、同時判定側論理積手段161のいずれか1個から信
号があると論理和が成立し、その論理和結果をパルス発
生手段163に出す。パルス発生手段163は、検出器
信号の信号波形に対応したスイッチ制御信号の時間幅を
決めるスイッチ制御信号発生手段164のリセットする
入力信号になる(図10のGATE0に対応)。また、
この信号は、図示しない波高分析手段のためのゲート信
号の基準信号にも使用できる。スイッチ制御側論理和手
段165は、同じスイッチを駆動する信号の論理和を取
る。
【0037】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、2個以上
の放射線検出器からの信号を同時判定し、同時と判定し
た検出器の信号について信号処理することによって、短
時間の内にカスケードγ線を発生する核種を、他の妨害
核種が存在しても定量できる。
【0038】また、検出器間に遮蔽を設けることにより
定量精度を向上できる。
【0039】また本発明は、安価で高感度なシンチレー
ション検出器が使用できるため、装置を安価に提供でき
るとともに、高効率の検査ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である放射性物質検査装置
の構成図。
【図2】本発明の検出原理を示す説明図。
【図3】本発明の二次元分析の原理を示す説明図。
【図4】本発明の一実施形態である放射性廃棄物検査シ
ステムの構成図。
【図5】本発明の一実施形態である放射性廃棄物検査シ
ステムの他の構成図。
【図6】本発明の一実施形態である放射性物質検査装置
の他の構成図。
【図7】本発明の一実施形態である放射性物質検査装置
の他の構成図。
【図8】本発明の一実施形態である放射性物質検査装置
の測定部の一部を示す回路構成図。
【図9】本発明の一実施形態である放射性物質検査装置
の同時判定処理を行う回路構成図。
【図10】本発明の一実施形態である放射性物質検査装
置の信号処理のタイミング図。
【符号の説明】
1…検出器、11…検出器、12…増幅手段、13…信
号入力検知手段、14…信号遅延手段、15…スイッ
チ、16…スイッチ制御手段、161…同時判定側論理
積手段、162…同時判定側論理和手段、163…パル
ス発生手段、164…スイッチ制御信号発生手段、16
5…スイッチ側論理和手段、2…遮蔽、3…イベント前
処理手段、4…イベント後処理手段、41…波高弁別手
段、42…計数手段、43…表示手段、5…搬送手段、
6…遮蔽、7…昇降手段、8…検出器ブロック、9…廃
棄物ドラム缶。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2個以上の放射線検出器と、該放射線検
    出器からの信号を処理する信号処理手段から成る放射性
    物質検査装置において、前記それぞれの放射線検出器か
    らの信号を同時判定し、同時と判定した検出器の信号に
    ついて信号処理する信号処理手段を備えたことを特徴と
    する放射性物質検査装置。
  2. 【請求項2】 2個以上の放射線検出器と、該放射線検
    出器からの信号を処理する信号処理手段から成る放射性
    物質検査装置において、前記それぞれの放射線検出器の
    間に遮蔽を挿入して成り、該遮蔽した放射線検出器から
    の信号を同時判定し、同時と判定した検出器の信号につ
    いて信号処理する信号処理手段を備えたことを特徴とす
    る放射性物質検査装置。
  3. 【請求項3】 前記信号処理手段は、前記の同時と判定
    した検出器の信号について2次元座標に表示させるもの
    であることを特徴とする請求項1又は2記載の放射性物
    質検査装置。
  4. 【請求項4】 前記信号処理手段は、前記の同時と判定
    した検出器の信号を加算し、加算信号を波高弁別器によ
    り波高弁別するとともに、該波高弁別器の信号を計数す
    るものであることを特徴とする請求項1又は2記載の放
    射性物質検査装置。
  5. 【請求項5】 前記信号処理手段は、前記の同時と判定
    した検出器の信号について2次元座標に対応させるとと
    もに、予め設定した原点および座標軸上を含まない多角
    形の領域の内部に入る数を計数するものであることを特
    徴とする請求項1又は2記載の放射性物質検査装置。
  6. 【請求項6】 前記放射性物質検査装置の対象核種は、
    同時にカスケードガンマ線を発生する核種とすることを
    特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の放射性物
    質検査装置。
  7. 【請求項7】 前記放射性物質検査装置の対象核種は、
    Co−60とすることを特徴とする請求項1から6のい
    ずれかに記載の放射性物質検査装置。
  8. 【請求項8】 前記放射線検出器は、プラスチックまた
    は液体シンチレーション検出器であることを特徴とする
    請求項1から7のいずれかに記載の放射性物質検査装
    置。
  9. 【請求項9】 放射性廃棄物を連続的に搬送しながら検
    査する放射性廃棄物検査システムにおいて、放射性廃棄
    物ドラム缶を搬送する手段と、該搬送されてくる放射性
    廃棄物ドラム缶に対向する位置に配置された又は昇降し
    て配置される複数の放射線検出器で構成する検出器ブロ
    ックと、該検出器ブロックのそれぞれの放射線検出器か
    らの信号を同時判定し、同時と判定した検出器の信号に
    ついて信号処理する信号処理手段とを備えたことを特徴
    とする放射性廃棄物検査システム。
  10. 【請求項10】 前記検出器ブロックは、前記それぞれ
    の放射線検出器の間に遮蔽を挿入して構成されたことを
    特徴とする請求項9記載の放射性廃棄物検査システム。
  11. 【請求項11】 前記搬送手段は、搬送する放射性廃棄
    物ドラム缶の間に遮蔽を配置して成ることを特徴とする
    請求項9記載の放射性廃棄物検査システム。
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